太陽(yáng)能在照明燈具上的應用

太陽(yáng)能電池作為一種新能源，在民用方面首先應用在照明燈具上。目前，在西部光明工程，非主干道太陽(yáng)能路燈，太陽(yáng)能庭院燈和太陽(yáng)能草坪燈，太陽(yáng)能裝飾燈等方面的應用已經(jīng)逐漸形成規模。在太陽(yáng)能照明燈具的設計中，涉及光源、太陽(yáng)能電池系統、蓄電池充放電控制許多因素，其中任何一個(gè)環(huán)節出現問(wèn)題都會(huì )造成產(chǎn)品缺陷。本文就太陽(yáng)能電池的外特性、蓄電池充放電控制、太陽(yáng)能照明燈具經(jīng)常使led與三基色高效節能燈進(jìn)行比較，分析各自?xún)?yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以及使用場(chǎng)合。同時(shí)針對目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能燈電路設計中存在的問(wèn)題提出改進(jìn)方法。由于太陽(yáng)能燈其有獨特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到迅速的發(fā)展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對可移動(dòng)性要求高，另外，電路鋪設困難，防水要求高，上述要求使得由太陽(yáng)能電池能供電的草坪燈顯示出許多前所未有的優(yōu)勢。

尤其是國外市場(chǎng)對太陽(yáng)能草坪燈比其它產(chǎn)品需求十分巨大。2002年，僅廣東和深圳用于制造出口太陽(yáng)能草坪燈消耗的太陽(yáng)能電池就達到2MW，相當于當年國內太陽(yáng)能電池產(chǎn)量的1/3，今年仍然保持強勁的發(fā)展勢頭，這是人們沒(méi)有預料到的。太陽(yáng)能庭院燈在公園，生活小區以及非主要交通道路上得到廣泛應用。同時(shí)，由于發(fā)展太快，有些產(chǎn)品技術(shù)上不夠成熟，在光源的選擇以及電路設計中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和可靠性，浪費了許多資源。本文針對上述存在的問(wèn)題，提出自己的看法，供生產(chǎn)太陽(yáng)能燈具的工廠(chǎng)參考。

1 太陽(yáng)能電池的外特性

從應用的角度論述，大家主要關(guān)心的是太陽(yáng)能電池的外特性。首先，對于單片太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)PN結，除了當太陽(yáng)光照射在上面時(shí)，它能夠產(chǎn)生電能外，它還具有PN結的一切特性。在標準光照條件下，它的額定輸出電壓為0.48V。在太陽(yáng)能照明燈具使用中的太陽(yáng)能電池組件都是由多片太陽(yáng)能電池連接構成的。它具有負的溫度系數，溫度每上升一度，繆瓜陸?mV，對于多片太陽(yáng)能電池組成的太陽(yáng)能電池組件，這是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。它的輸出特性曲線(xiàn)如圖1。 圖1中，Isc是短路電流，Im是峰值電流，Voc是開(kāi)路電壓。Vm是峰值電壓，Pm是峰值功率。

在使用中，太陽(yáng)能電池開(kāi)路或者短路都不會(huì )造成損壞，實(shí)際上我們也正是利用它的這個(gè)特性對系統蓄電池充放電進(jìn)行控制的。

2 太陽(yáng)能電池在使用中必須注意的問(wèn)題

2.1 太陽(yáng)能電池功率的選擇

我們所說(shuō)的太陽(yáng)能電池輸出功率Wp是標準太陽(yáng)光照條件下，即：歐洲委員會(huì )定義的101標準，輻射強度1000W/m2，大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度25℃條件下，太陽(yáng)能電池的輸出功率。這個(gè)條件大約和平時(shí)晴天中午前后的太陽(yáng)光照條件差不多，（在長(cháng)江下游地區只能接近這個(gè)數值）這并不象有些人想象的那樣，只要有陽(yáng)光就會(huì )有額定輸出功率，甚至認為太陽(yáng)能電池在夜晚日光燈下也可以正常使用。這就是說(shuō)，太陽(yáng)能電池的輸出功率是隨機的，在不同的時(shí)間，不同的地點(diǎn)，同樣一塊太陽(yáng)能電池的輸出功率是不同的。

表1是我國不同地區太陽(yáng)光照條件。

為了更加直觀(guān)地了解各地每天太陽(yáng)能輻射的平均分布，表2給出年總輻射量與日平均峰值日照時(shí)數（太陽(yáng)能電池每天可以接受到1000W/m2輻照度的等效時(shí)間）對應關(guān)系。

表2年總輻射量與日平均峰值日照時(shí)數對應表 通過(guò)上面資料可以看出，太陽(yáng)能燈具的設計和燈具的使用地區有關(guān)。太陽(yáng)能電池組件額定輸出功率和燈具輸入功率之間關(guān)系在華東地區大約是2~4:1，具體比例要根據燈具每天工作時(shí)間以及對連續陰雨天照明要求決定。另外太陽(yáng)能電池的輸出功率大約120W/m2。

2.2 蓄電池容量的選擇

由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的輸入能量極不穩定,所以一般需要配置蓄電池系統才能工作，太陽(yáng)能燈具也不例外，必須配置蓄電池才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池，它們的容量選擇直接影響系統的可靠性以及系統價(jià)格。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠滿(mǎn)足夜晚照明的前提下,把白天太陽(yáng)能電池組件的能量盡量存儲下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲滿(mǎn)足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過(guò)小不能夠滿(mǎn)足夜晚照明的需要，蓄電池容量過(guò)大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時(shí)造成浪費。

2.3 太陽(yáng)能電池封裝形式的選擇

目前太陽(yáng)能電池的封裝形式主要有2種，層壓和滴膠，層壓工藝可以保證太陽(yáng)能電池工作壽命25年以上，滴膠雖然當時(shí)美觀(guān)，但是太陽(yáng)能電池工作壽命僅僅1~2年。因此，1W以下的小功率太陽(yáng)能草坪燈,在沒(méi)有過(guò)高壽命要求的情況下，可以使用滴膠封裝形式，對于使用年限有規定的太陽(yáng)能燈，建議使用層壓的封裝形式。另外，有一種硅凝膠用于滴膠封裝太陽(yáng)能電池，據說(shuō)工作壽命可以達到10年。

2.4 太陽(yáng)能電池安裝傾斜角度的選擇和裝飾性外罩

為了美觀(guān)，許多的太陽(yáng)能燈具的工廠(chǎng)將太陽(yáng)能電池水平放置，在這種情況下，太陽(yáng)能電池的輸出功率將減少15%~20%，如果再在太陽(yáng)能電池上面增加一個(gè)裝飾性外罩，太陽(yáng)能電池的輸出功率又將減少5%左右，太陽(yáng)能電池價(jià)格昂貴，我們收集了許多國外太陽(yáng)能燈資料，在美觀(guān)和節能兩者之間，大多數都選擇節能。在長(cháng)江下游太陽(yáng)能電池的最理想傾斜角度是40度左右，方向為正南方。

2.5 熱島效應

單片太陽(yáng)能電池一般是不能使用的，實(shí)際應用的是太陽(yáng)能電池組件。太陽(yáng)能電池組件是由多片太陽(yáng)能電池組合而成，用以達到期望的電壓值。太陽(yáng)能電池組件在使用過(guò)程中，如果有一片太陽(yáng)能電池單獨被遮擋，例如樹(shù)葉鳥(niǎo)糞等，單獨被遮擋的太陽(yáng)能電池在強烈陽(yáng)光照射下就會(huì )發(fā)熱損壞，于是整個(gè)太陽(yáng)能電池組件損壞。這就是所謂熱島效應。為了防止熱島效應，一般是將太陽(yáng)能電池傾斜放置，使樹(shù)葉等不能附著(zhù)，同時(shí)在太陽(yáng)能電池組件上安裝防鳥(niǎo)針。